二連盆地烏蘭花凹陷安山巖成藏主控因素分析

彭 宇 熊驥禹 謝近平 羅玉財(cái) 李晶瑩 黃新亞 尹 崢

1. 長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院, 湖北 武漢 430100;2.成都中石油昆侖能源有限公司, 四川 成都 610041;3.中國石油華北油田分公司勘探事業(yè)部, 河北 任丘 062550;4.中國石油華北油田分公司工程技術(shù)研究院, 河北 任丘 062550

0 前言

近年來準(zhǔn)噶爾盆地、吐魯番盆地、四川盆地的火山巖油氣藏勘探取得重大突破,火山巖油藏作為油氣勘探的新領(lǐng)域和后備接替層系,引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注,并在火山巖相類型劃分,儲(chǔ)集空間類型,儲(chǔ)層分布特征等方面做了大量工作[1-10],對(duì)于成像測井(MCI)在巖相劃分中的研究和應(yīng)用相對(duì)較少。由于二連盆地烏蘭花凹陷火山巖儲(chǔ)層巖性復(fù)雜,孔隙類型多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,非均質(zhì)性強(qiáng),導(dǎo)致在該區(qū)勘探過程中部分探井失利,主要原因是對(duì)火山巖油氣藏的成藏主控因素的研究認(rèn)識(shí)不清。

本文以安山巖為主的火山熔巖作為研究對(duì)象,利用地化、物性、測井、巖心等資料,通過對(duì)烴源巖特征、儲(chǔ)集層特征和輸導(dǎo)體系特征等成藏條件進(jìn)行綜合分析,厘清了該區(qū)火山巖油藏成藏特點(diǎn),綜合構(gòu)建了安山巖油藏“源內(nèi)-相控復(fù)合巖性油藏”成藏模式,并明確了安山巖源內(nèi)油藏受阿爾善組成熟烴源巖分布影響,儲(chǔ)集空間的優(yōu)劣受相帶影響,裂縫的發(fā)育程度受構(gòu)造活動(dòng)(斷層)的影響,對(duì)烏蘭花凹陷火山巖油氣藏勘探開發(fā)提供依據(jù),以期指導(dǎo)后期井位的勘探開發(fā)部署。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

烏蘭花凹陷位于內(nèi)蒙古二連盆地溫都爾廟隆起上,凹陷呈長垣型,東北方向?yàn)殚L軸,面積約600 km2,下白堊統(tǒng)最大埋深約3 000 m。凹陷整體上可劃分為五個(gè)構(gòu)造單元,自北向南依次為北洼、土牧爾斜坡帶、賽烏蘇斷階帶、紅格爾構(gòu)造帶、紅井斜坡帶五個(gè)構(gòu)造單元,見圖1。白堊系為凹陷沉積主體,自下而上可劃分為阿爾善組(K1ba)、騰一段(K1bt1)、騰二段(K1bt2)及賽漢塔拉組(K1bs),其中火山巖油氣藏分布在盆地南洼槽的北部和南部邊緣,分布面積約70 km2,總體厚度80～120 m,主要發(fā)育在阿爾善組,巖性以安山巖為主。

圖1 烏蘭花凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D

2 成藏條件分析

2.1 烴源巖特征

阿爾善組烴源巖是烏蘭花凹陷安山巖成藏的主力烴源巖。從表1來看,阿爾善組烴源巖在賽烏蘇斷階帶最為發(fā)育,暗色泥巖分布在46.9～362.5 m,占地層厚度27.9%～94.6%,優(yōu)質(zhì)烴源巖分布在32.6～136 m,紅井斜坡帶東部暗色泥巖分布在36～158 m,占地層厚度26.3%～95.8%,優(yōu)質(zhì)烴源巖分布在29.6～65.5 m,土牧爾斜坡帶暗色泥巖分布在19～89.5 m,占地層厚度21.5%～86.4%,優(yōu)質(zhì)烴源巖分布在9～41.4 m,北洼 L 31 井暗色泥巖為80 m,占地層厚度31.4%,優(yōu)質(zhì)烴源巖為24 m,紅井斜坡帶南部L 42井暗色泥巖為23.6 m,占地層厚度21.8%,優(yōu)質(zhì)烴源巖不發(fā)育,由此可見,賽烏蘇構(gòu)造帶阿爾善組暗色泥巖、優(yōu)質(zhì)烴源巖最為發(fā)育,其次為土牧爾斜坡帶、紅井斜坡帶東部及北洼,紅井斜坡帶南部L 42井區(qū)發(fā)育程度最低。

表1 烏蘭花凹陷阿爾善組層位烴源巖厚度對(duì)比表

厚度及占比北洼土牧爾斜坡帶賽烏蘇斷階帶紅井斜坡帶L 31井LD 2井L 11 x井L 3井LD 1井L 1井L 5井L 9井L 10井L 4井L 41井L 42井地層/m25522130230352383264168169137165108暗色泥巖/m80.61987.5502983712464553.23615823.6優(yōu)質(zhì)源巖/m991541.413657.313131.15229.665.50暗色泥巖占地層/(%)31.686.467.321.784.796.793.326.831.526.395.821.8

2.2 儲(chǔ)集特征

2.2.1 儲(chǔ)層物性特征

如圖2～3和表2所示,研究區(qū)阿爾善組安山巖儲(chǔ)層孔隙度為3%～22%,均值為8%,主要分布在3%～12%之間,孔隙度≤12%的巖心值占總巖心點(diǎn)數(shù)的77%;滲透率分布區(qū)間為0.001×10-3～28×10-3μm2,均值為0.02×10-3μm2,分布在0.001×10-3～0.5×10-3μm2之間,滲透率≤0.5×10-3μm2的巖心實(shí)驗(yàn)樣品占總巖心點(diǎn)數(shù)的97%。綜上分析可知,整體屬于中低孔,特低滲儲(chǔ)層,物性較差。

圖2 烏蘭花凹陷阿爾善組安山巖儲(chǔ)層孔隙度直方圖

圖3 烏蘭花凹陷阿爾善組安山巖儲(chǔ)層滲透率直方圖

表2 阿爾善組安山巖儲(chǔ)層孔滲特點(diǎn)

物性參數(shù)分布區(qū)間平均值主要分布范圍孔隙度/(%)3～228.303～12滲透率/10-3 μm20.001～280.020.001～0.5

2.2.2 儲(chǔ)集空間類型

烏蘭花凹陷安山巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間[11-14]分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三種類型。研究區(qū)原生孔隙形狀多樣,呈橢圓形、多邊形和不規(guī)則狀。如圖4-a)、b)所示,研究區(qū)安山巖段氣孔、杏仁體發(fā)育較好,分布不均,形態(tài)不規(guī)則,氣孔直徑一般2～3 mm。如圖4-c)、d)所示,本地區(qū)次生孔隙主要包括杏仁體和基質(zhì)內(nèi)溶蝕孔,粒間溶孔等,基質(zhì)內(nèi)溶孔發(fā)育較多。如圖4-e)、f)所示,研究區(qū)主要發(fā)育斜交縫和高角度縫,伴隨有鉆井誘導(dǎo)縫。在致密脆性巖石中呈平直、中高角度的構(gòu)造縫形狀不規(guī)則,有些微裂縫常被方解石、綠泥石和硅質(zhì)等礦物充填。

2.3 儲(chǔ)蓋組合

安山巖呈旋回性噴發(fā),在噴發(fā)間歇期,頂部遭受化淋濾等地質(zhì)作用,能夠形成儲(chǔ)集空間,在測井曲線上表現(xiàn)為高幅值背景下的相對(duì)低電阻,下一期噴發(fā)時(shí)將上一期形成的儲(chǔ)集空間覆蓋保存。

烏蘭花凹陷阿爾善組上部泥巖可以認(rèn)為是區(qū)域性蓋層,泥巖累計(jì)厚最大可達(dá)300 m,單層厚度最大超過100 m。通過區(qū)域地質(zhì)、地震以及鉆探資料研究認(rèn)為烏蘭花凹陷存在騰一段下生上儲(chǔ)、阿爾善組自生自儲(chǔ)和古生界中生古儲(chǔ)的三套生儲(chǔ)蓋組合。

3 成藏模式分析

根據(jù)以上成藏條件的分析,綜合構(gòu)建了烏蘭花凹陷安山巖油藏“源內(nèi)-相控復(fù)合巖性油藏”成藏模式,見圖5。安山巖經(jīng)火山通道噴發(fā),由于火山巖漿中存在大量的氣體,與空氣接觸后迅速冷凝,形成氣孔狀、杏仁狀安山巖,其余形成塊狀致密型安山巖?；鹕降拈g斷噴發(fā)形成多期安山巖,同時(shí)隨著湖盆的沉降作用,安山巖被阿爾善組有效烴源巖包裹在其中,形成源內(nèi)油藏;后期經(jīng)過構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成裂縫,裂縫不僅起到作為儲(chǔ)集空間的作用,也起到溝通氣孔作用,最終形成復(fù)合巖性油氣藏。

4 主控因素分析

4.1 優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育

阿爾善組暗色泥巖直接覆蓋于安山巖地層之上,覆蓋面積約300 km2,覆蓋厚度最大300 m,占地層厚度的40%～80%,是安山巖層系的主要油源。同時(shí),安山巖的異常熱效應(yīng)加速有機(jī)質(zhì)演化,對(duì)烴源巖起到了加熱作用,擴(kuò)大了有效烴源巖體積。阿爾善組烴源巖既可以作為蓋層又可以作為烴源巖,是構(gòu)建自生自儲(chǔ)油藏的基礎(chǔ)。

a)氣孔,氣孔安山巖L 45 x井1 705.7 m

b)氣孔,氣孔杏仁體安山巖L 9井1 964.2 m

c)港灣形溶蝕孔,安山巖L 9井2 126.33 m

d)粒間溶孔,安山質(zhì)角礫巖L 9井1 963.58 m

e)L 42井1 704.30 m高角度構(gòu)造縫

f)L 45 x井1 966.9 m微裂縫

圖5 烏蘭花凹陷安山巖油藏成藏模式圖

4.2 沉積相控制儲(chǔ)層發(fā)育

4.2.1 研究區(qū)沉積相發(fā)育

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)火山巖沉積相分類及其特征進(jìn)行了系統(tǒng)表述[15-21]。研究區(qū)阿爾善組主要鉆遇噴溢相和爆發(fā)相。爆發(fā)相形成于火山作用的早期,電阻率曲線表現(xiàn)為中低值、鋸齒狀,以凝灰?guī)r和安山巖為主。溢流相形成于火山噴發(fā)早-中期,電阻率曲線表現(xiàn)為箱型和鐘型,中高值,以安山巖為主。

噴溢相可分為近火山噴溢亞相、中部噴溢亞相及邊緣噴溢亞相：

1)近火山噴溢亞相見圖6-a)。原生孔隙不發(fā)育,構(gòu)造裂縫較發(fā)育,主要巖類為含同生角礫的安山巖。MCI圖像顯示斑狀結(jié)構(gòu)、角礫結(jié)構(gòu)。見亮白色角礫結(jié)構(gòu),裂縫呈正旋曲線。

2)中部噴溢亞相見圖6-b)。原生孔隙和構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度都較好。氣孔發(fā)育,主要為含氣孔-氣孔狀熔巖。MCI圖像顯示斑狀結(jié)構(gòu),分布亮黃色或暗色直徑較小的氣孔。

a)近火山噴溢亞相測井響應(yīng)特征

b)中部噴溢亞相測井響應(yīng)特征

c)邊緣噴溢亞相測井響應(yīng)特征

d)熱基浪亞相測井響應(yīng)特征

e)熱碎屑流亞相測井響應(yīng)特征圖6 噴溢相、爆發(fā)相測井特征模式

3)邊緣噴溢亞相見圖6-c)。原生氣孔、孔間裂縫發(fā)育,主要巖類為氣孔狀熔巖,其特點(diǎn)是氣孔沿流動(dòng)方向定向拉長。MCI圖像顯示暗色斑點(diǎn)的氣孔構(gòu)造,孔間可見一條近平直的低角度裂縫。

爆發(fā)相主要發(fā)育兩種亞相,熱碎屑流亞相和熱基浪亞相：

1)熱基浪亞相見圖6-d)。熱基浪亞相內(nèi)部層理發(fā)育,自然伽馬呈微齒狀-平滑曲線,聲波曲線,電阻率和補(bǔ)償中子呈低值,密度中子呈中高值。MCI圖像上清晰地看到暗色塊狀模式的層理。

2)熱碎屑流亞相見圖6-e)。熱碎屑流亞相主要巖性為棱角—次棱角狀火山碎屑巖。測井曲線特征表現(xiàn)為聲波曲線,補(bǔ)償中子曲線和密度中子曲線為低值。MCI圖像常具有熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)、火山碎屑結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為雜色背景下高阻亮色漿屑?jí)罕饫L的特征。

4.2.2 沉積相與有效儲(chǔ)層發(fā)育

從圖7有效儲(chǔ)層亞相的厚度比例可以看出,沉積相是控制安山巖儲(chǔ)層發(fā)育的重要因素。中部及邊緣噴溢亞相和熱碎屑流亞相在有效安山巖儲(chǔ)層中占很大的比例,中部噴溢亞相占到了28.4%,邊緣熱碎屑流亞相占到了20.6%,熱碎屑流亞相也占很大的比例。中部噴溢亞相內(nèi)部原生孔隙和構(gòu)造裂縫較發(fā)育,而熱碎屑流亞相發(fā)育粒間孔、礫內(nèi)孔,可形成良好的儲(chǔ)集空間。因此,沉積相對(duì)有效儲(chǔ)層的發(fā)育具有明顯的控制作用

圖7 有效儲(chǔ)層亞相的厚度比例

4.3 斷層控制安山巖展布并溝通油源

烏蘭花凹陷構(gòu)造演化經(jīng)歷了斷陷期、斷陷擴(kuò)張期和斷陷萎縮期三個(gè)階段,發(fā)育一系列NE、EW、NW和SN向弧形展布正斷層。按斷裂的規(guī)模劃分為三級(jí),Ⅰ級(jí)斷裂包括東部陡帶斷層和南部紅井?dāng)鄬?控制凹陷的形成、構(gòu)造的演化以及烴源巖的分布;Ⅱ級(jí)斷裂主要分布在南洼槽—中央凸起帶,控制安山巖的發(fā)育和分布,溝通油源并控制著油氣運(yùn)移和油藏分布;Ⅲ級(jí)斷層屬于晚期斷裂,控制局部構(gòu)造的形態(tài)和分布,對(duì)構(gòu)造進(jìn)行復(fù)雜化,見圖8。

圖8 烏蘭花凹陷賽烏蘇斷階帶油氣運(yùn)移模式圖

5 結(jié)論

1)綜合應(yīng)用該區(qū)現(xiàn)有鉆井、地化、物性等資料,對(duì)烏蘭花凹陷安山巖成藏條件進(jìn)行分析,明確認(rèn)為研究區(qū)阿爾善組烴源巖為主力烴源巖,儲(chǔ)層以中低孔,特低滲儲(chǔ)層為主,物性較差,儲(chǔ)集空間類型主要為原生孔隙,次生孔隙和裂縫,從而對(duì)安山巖的成藏研究奠定了基礎(chǔ)。

2)根據(jù)火山噴發(fā)期次以及裂縫發(fā)育程度劃分了兩種沉積相,噴溢相和爆發(fā)相。其中噴溢相又細(xì)分為三個(gè)沉積亞相,分別為近火山噴溢亞相、中部噴溢亞相、邊緣噴溢亞相;爆發(fā)相細(xì)分為兩個(gè)沉積亞相,分別為熱基浪亞相和熱碎屑流亞相。明確了噴溢相中部噴溢亞相儲(chǔ)層有利發(fā)育相帶。

3)構(gòu)建了安山巖油藏“源內(nèi)-相控復(fù)合巖性油藏”成藏模式,明確了優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布,沉積相控制儲(chǔ)層發(fā)育以及斷層對(duì)構(gòu)造的控制和溝通油源作用為成藏的主控因素。